軸承自動裝配時鋼球損傷的原因分析

汪燮民

(浙江五洲新春集團有限公司，浙江 新昌 312500)

深溝球軸承自動裝配機(線)在軸承制造業中已經得到普遍應用，其對于穩定產品質量和提高生產效率具有重要的意義。但在裝配過程中時有鋼球發生損傷的情況，主要出現在填球、歸球和分球工位，這通常是由于工裝的制造、安裝和調整不合適，造成了鋼球的擦傷和擠壓傷。鋼球損傷對低噪聲(靜音)軸承非常不利，必須加以解決。

1 配球

自動裝配機的取球方法普遍采用的是上部球盒貯球，由安裝在球盒底部的上下往復運動的管口取球，球留存在下方的塑料軟管中，再送到定配器中，如圖1所示。一般設有10個球盒，假設各規值的鋼球參與裝配的機會相等，那么有十分之一的機會將球送出。管口在球盒的球堆中不斷上下往復的節拍大于合套的節拍，對規值較少使用到的鋼球來說，發生摩擦的時間會更長。另外，由于管口的上下運動，使下方的塑料管道來回彎折(圖1b)，管道中的鋼球也隨之受到塑料管壁的微小摩擦和鋼球相互之間的擠壓，尤其在鋼球表面和管壁附有微小顆粒時，很容易造成球的擦傷和劃傷。

(a)球盒 (b)下球管道 (c)改進后的球盒底部圖1 球盒、下球管道實物及改進后的球盒底部示意圖

因此，采取措施為：將球盒做成漏斗狀，即底部成斜坡形，為防止漏斗口因鋼球的擁堵而不下球，在漏斗口邊緣加裝1個輕微上下運動的扁形推桿，以打破鋼球的擁堵狀態(圖1c )；并充分保持鋼球和下球管道的清潔。

2 加球

加球部分結構實物如圖2所示。

1—檢測裝置；2—推料桿；3—月牙臺；4—外圈變形加力裝置；5—內圈定位裝置圖2 加球部分結構實物圖

2.1 出球

出球口使鋼球自由順暢地落到承球月牙臺上，并均勻地向兩邊散開到溝道內。出球口上部設置有推球桿，在出球順暢時，球全部落到月牙臺上后，推料桿才開始向下動作，但并未接觸球(為空動作)；當出球不暢時，推球桿的向下運動將會推動尚未流出的鋼球下壓強制出球，此時容易產生鋼球的擠壓傷和表面劃傷。

因此，改進采用了如圖3所示的出球口結構。該出球口與軸承端面平齊，月牙形開口為圓弧喇叭口，喇叭口中心圓弧半徑與軸承球組節圓直徑一致或稍小，喇叭口中的尺寸半徑R為1.5倍球徑。改進后的出球口避免了上下兩球的重疊，也就避免了下球不暢被推球桿下壓強制頂出的發生。

圖3 出球口

2.2 落球

目前填球使用的月牙臺只能上下移動，考慮到內圈的復位，月牙臺的寬度受限于內、外圈擋邊直徑尺寸。當內圈靠向一邊讓出填球區域時，月牙臺內側與內圈擋邊之間的間隙較大(圖4)，鋼球容易落入此間隙中而不利于分球，增加了球與擋邊之間產生擠壓傷的幾率，也可能造成月牙臺內側中間邊緣的凹陷。

圖4 現有月牙臺結構

為了使月牙臺能盡可能靠向填球間隙的中間部位，將現用的月牙臺改為分體組合結構，改進后的月牙臺如圖5所示。上部月牙可以在下部基體上前后滑動，內圈靠向外圈后月牙臺上升，設計的上部月牙正好處在填球間隙的中間位置，阻止了球落入月牙與擋邊間的間隙。當填好球后內圈復位，此時上部月牙隨內圈擋邊推開，不影響內圈的復位；當月牙臺整體下降離開軸承后，上部月牙又恢復到下部基體的原始位置。

圖5 改進后的月牙臺結構

3 歸球

歸球是采用歸球板將球歸攏到一個固定的角度位置上，以便于下一步的分球、裝保持架，目前采用的歸球板結構如圖6所示，其從上往下插入裝好球的組件內。歸球板的側面為螺旋面形狀時，由于螺旋角的原因，在插入的過程中，鋼球受到1個空間力(圖6b)的作用，其水平分力為1個圓周切向力，該力使鋼球向圓周方向推動，向兩邊歸位。但目前歸球板側面多為三角形的斜面，而且在使用中經過手工修復后更加向外傾斜，這就增加了其對外圈溝道的壓力，使溝道對鋼球造成損傷的幾率隨之加大。另外，螺旋面對鋼球的軸向分力會加大鋼球向兩邊歸位時與溝道之間的摩擦，若套圈、鋼球的清潔度不理想的的話，也同樣會造成溝道與鋼球之間的擦傷。

(a) (b) (c)圖6 歸球板及受力分析

因此，歸球板的側面應制作成螺旋面且形狀規范、表面光滑；為盡可能加大螺旋角，減小軸向分力，應加長歸球板；歸球板插入方向最好為由下向上，以抵消一部分作用在鋼球上的軸向分力。如果歸球板由軸承下部向上插入，鋼球就有沿螺旋面滑落的趨向，便可以減少插入時對鋼球產生的軸向分力。

另一種比較理想的歸球方法是以小頂角的歸球板(類似分球器的針狀)插入鋼球組件中，順鋼球球組節圓直徑做圓周運動將球歸向一邊，也可消除軸向分力的作用。

4 分球

采用分球叉進行分球(圖7)，分球叉制作的關鍵是其端部應為螺旋面。分球叉側面(尤其是推動鋼球的一側)均應該是通過中心的軸向平面，分球時使鋼球受到圓周切向力，減小鋼球在溝道內移動時的摩擦阻力，避免擦傷；分球叉另一側面應留出一定的間隙。同樣，分球叉由軸承下部向上插入，以減少插入時對鋼球產生的軸向分力，減小對鋼球的摩擦傷。

圖7 分球叉

5 結束語

鋼球是低振動、低噪聲軸承中的最關鍵零件，工作面上的任何微傷痕都會影響到軸承的品質，因此，實際生產中除了要關注鋼球本身的質量外，還要注意軸承裝配過程的各個細節。這些問題的解決除了要進行認真分析外，還依賴于工裝制造、調整的合理性并需進行必要的定期更換。